JPH024234A - 光ヘテロダイン検波方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光通信に用いられる光ヘテロダイン検波方法
および装置に関する。

（従来の技術） 光ヘテロダイン検波方式を用いる光通信は、従来の光直
接検波方式を用いるものに比べて受信感度が１０〜２０
ｄＢ程度高いという特徴を有することから、長距離光通
信幹線システムに有効な検波方式として検討が進められ
ている。また、波長多重光通信を考えた場合、従来の光
直接検波方式では各波長の信号を分離するために光分波
器を必要とし、このために各信号光の波長間隔はこの光
分波器の波長分解能で制限されていた。

これに対して、光ヘテロダイン検波方式では、各信号の
分離を電気領域で行なうことができるので、非常に高密
度な波長多重光通信が可能になるものと期待されている
（例えば、アイ・イー・イー・イー・ジャーナル・オブ
・ライトウニイブ・テクノロジー誌、第ＬＴ−５巻（１
９８７年）、４１４−４２８ページ）。

この光ヘテロダイン検波方式では、光ファイバを伝送さ
れてきた信号光と、この信号光とわずかに周波数の異な
る局部発振光とを合波した後に受光器に入射させ、両者
の差周波成分（ビート信号）を得る。そして、このビー
ト信号を復調することによって送信されてきた情報信号
を取り出す、ここで、この方式で高い受信感度を得るに
は、ビート信号を最大にする必要があり、このためには
信号光と局部発振光との偏光状態を一致させる必要があ
る。しかしながら、一般に光ファイバを伝搬してくる信
号光の偏光状態は、光ファイバが外乱や温度変動等の擾
乱を受けるから、時間的に変動する。

（発明が解決しようとする課題） 従来方式における上述の問題を解決するために、従来の
光ヘテロダイン検波方式においては、まず、信号光の偏
光状態をモニターし、このモニター信号を用いて信号光
あるいは局部発振光の偏光状態をフィードバック制御す
る方式が用いられている。

しかしながら、このフィードバック制御方式では一フィ
ードバック制御の時定数よりも偏光状態が速く変動する
場合には追従できないという致命的な欠点があった。ま
た、偏光制御に必要な偏光制御デバイスは、現状では長
時間に渡っての安定な動作が実現されていないことに加
えて、挿入損失が比較的に大きいという問題があった。

偏光状態の変動の影響を回避する他の方式として、光フ
ァイバを伝送されてきた信号光を直交する２つの偏波成
分に分離し、各偏波成分の信号光をそれぞれ局部発振光
と合波して検波する方式（偏光ダイバーシチ方式）があ
る。しかしながら、この偏波ダイバーシチ方式では、受
光器および受信回路が２個必要になるとともに復調回路
が複雑になるために、装置が高価になってしまうという
欠点があった。さらに、部品点数が多くなるために、信
頼性に問題があった。従来の光ヘテロダイン検波方法お
よび装置には上述の如き解決すべき課題があった。

本発明の目的は、上述のような従来技術の欠点を除去し
、構成が簡単で−かつ、長時間に渡って安定に動作する
とともに信頼性の高い光ヘテロダイン検波方法および装
置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の光ヘテロダイン検波方法は、信号光と逆方向に
伝搬する励起光によって光伝送路内で発生する後方誘導
ブリユアン散乱光と前記信号光との差周波成分から情報
信号を取り出すことを特徴とする。

本発明の光へテロダイン検波装置は、信号光を伝送する
光ファイバと、励起光を出射する励起光源と、前記励起
光を前記信号光と逆方向に伝搬するように前記光ファイ
バに入射させる光入射手段と、前記励起光によって前記
光ファイバ中に発生する後方誘導ブリユアン散乱光と前
記信号光とを同時に受光する光検出器とを備えているこ
とを特徴とする。

（作用） まず、本発明で用いる誘導ブリユアン散乱の原理につい
て説明する。

所定の光パワーレベルの入力光（励起光）を光ファイバ
に入射させると、その入力光が光ファイバ伝搬中にそれ
よりも１０ＧＨｚ程度低周波数の光に変換されて後方散
乱されることが観測される。これは、光ファイバの音響
フォノンによるコヒーレントな光散乱現象であり、誘導
ブリユアン散乱と呼ばれている。−ここで、誘導ブリユ
アン散乱光が発生し始める励起光のファイバ入力光パワ
ーＰｃは、次式で与えられる（アプライド・オブティク
ス、第１１巻、２４８９−２４９４ページ）。

Ｌ−−ｅＸ　　−“　　　　　　　・・・（２）α ただし、ｇｂは光ファイバのブリユアン利得係数（４，
６ｘｌＯ−”　ｍ／Ｗ）　、Ａｅは光ファイバの実効コ
ア断面積、Ｋは光ファイバの偏光保存性に関連する定数
（通常の偏光を保存しない単一モード光ファイバでは、
Ｋ＝２）、αは伝送損失、ρは光ファイバの長さである
。また、Ｌは誘導ブリユアン散乱光が発生する実効的な
光ファイバの長さを表わしているので、実効長と称され
る。

例えば、実効コア径が１０μｍ、ファイバ長が１００　
ｋｍ、伝送損失が０．２ｄＢ／ｋｍの低損失で長尺な単
一モード光ファイバでは、（１）式から計算されるよう
にＰＣの値は約４ｍＷである。この励起入力パワーレベ
ルは十分に低いので、励起光源に単一周波数の半導体レ
ーザを用いることによって容易に誘導ブリユアン散乱光
を発生させることができる（オプティクス・アンド・ク
ラオンタム・エレクトロニクス誌、第１９巻（１９８７
年）、１４１−１４３ページ）。

前述の様に、通常の単一モードの光ファイバは光の偏光
状態を保存することができないので光の偏光状態は光フ
ァイバ伝搬に伴って変化する。

この偏光状態の変化は、光ファイバの長手方向に周期性
を持っており、その周期は光ファイバのビート長と呼ば
れている。そして、このビート長での偏光状態は、偏光
状態のすべての姿態を含んでいる。ここで、通常の単一
モード光ファイバのビート長は数百メートル以下である
。ゆえに。

数−以上の長さの光ファイバを励起光が伝搬した場合の
偏光状態の変化はすべての姿態を含んでいる。ここで、
誘導ブリユアン散乱光は、励起光の伝搬方向と反対の方
向で、かつ、実効長りの光ファイバ全体に渡って生ずる
。したがって、誘導ブリユアン散乱光の偏光状態は、実
効長しの光ファイバの長手方向に沿って励起光が取り得
た偏光状態のレプリカとなり、すべての姿態を含んでい
る。即ち、光ファイバから出射される誘導ブリユアン散
乱光の偏光は完全にスクランブルされている。

このようなすべての姿態の偏光を有する誘導ブリユアン
散乱光と信号光との差周波成分の大きさは、いかなる場
合にも一定である。したがって、本発明では、偏光制御
をする必要がない、この結果、構成が簡単で、かつ、長
時間に渡って安定に動作するとともに信頼性の高い光へ
テロダイン検波方式が実現できる。

（実施例） 次に１図面を参照して本発明の光ヘテロダイン検波方法
および装置について一層詳しく説明する。

第１図は本発明による一実施例の構成図、第２図はこの
実施例における励起光、信号光および誘導ブリユアン散
乱光間の周波数の関係を示す図である。

第１図において、信号光源１と励起光源７は、発振波長
が１．５ＳＬＩＩＩｌのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分布帰
還型半導体レーザ、外部変調器２１はＬｉＮｂＯ３光強
度変調器、レンズ４１．４２はいずれも先球セルフォッ
クレンズ、光ファイバ５は、実効コア径が８１１１１１
、長さが１１００ｋ、波長１．５５１Ｊｍでの伝送損失
が０．２ｄＢ／ｋｍの単一モード光ファイバ、方向性結
合器６は分岐比が１対１である単一モード光ファイバカ
ップラ、受光器８はＩ　ｎＧａＡｓアバランシ・フォ１
−ダイオード（ＡＰＤ）である。

この実施例において、信号光源１から出射された信号光
は、外部変調器２１の電気信号入力端子２２に印加され
た１００Ｍｂ／ｓの２ｒｉ符号電気パルスによって１０
０Ｍｂ／ｓでアンプリチュード・シフト・キーイング（
ＡＳＫ）変調される。そして、この１００Ｍｂ／ＳのＡ
ＳＫ変調信号光は光アイソレータ３１を通過した後にレ
ンズ４１によって集光され、単一モード光ファイバ５に
結合されている。

一方、励起光源７である分布帰還型半導体レーザは、Ｃ
Ｗ発振させており、この励起光は単一モードファイバカ
ップラでなる方向性結合器６を通じて単一モード光ファ
イバ５に入力されている。

ここで、この実施例での単一モード光ファイバ５への励
起入力パワーは１０ｍＷであり、このとき２ｍＷの誘導
ブリユアン散乱光が発生した。そして、このうちの約半
分である１ｍＷの誘導ブリユアン散乱光は、単一モード
光ファイバを伝搬してきたＡＳＫ変調信号光とともにＩ
ｎＧａＡｓ−ＡＰＤでなる受光器８によって受光されて
いる。

本実施例では、励起光源７の温度を制御することによっ
て、励起光の周波数をＡＳＫ変調信号光の周波数よりも
１１．５Ｇ　Ｈｚだけ高周波数側に設定した。ここで、
波長１．５μｍ帯においては、誘導ブリユアン散乱光は
励起光よりも１１ＧＨｚだけ低周波数側に発生する。し
たがって、この実施例における励起光、誘導ブリユアン
散乱光およびＡＳＫ変調信号光間の周波数の関係は第２
図に示した様になっており、受光器８からは中心周波数
が５００ＭＨｚのビート信号が得られる。復調回路９１
では、このビート信号を増幅した後に包絡線検波するこ
とによって復調し、情報信号を電気信号出力端子９２か
ら出力している。なお、この実施例での受信感度は一５
４ｄＢｍであり、同様の受光器を用いた光直接検波に比
べて約５ｄＢだけ高感度であった。

次に、信号光の偏光状態が変動しても本実施例が安定に
動作することを確認するために、単一モード光ファイバ
５に振動を加える実験を行なった。

この結果、いかなる振動を加えても、本実施例は常に安
定に検波できることが確認された。

上記においては、本発明による光ヘテロダイン検波方法
および装置について一実施例を用いて説明したが本発明
はこの実施例に限定されることなくいくつかの変形が考
えられる０例えば、実施例では信号光源１、励起光ａ７
としてＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分布帰還型半導体レーザ
を用いたが、他の材料の半導体レーザ、あるいは外部鏡
付半導体レーザ、固体レーザ、ガスレーザなどの他種の
レーザでも良いし、波長域は限定されない、また、信号
光の変調方式は、フリークエンシー・シフトキーイング
（ＦＳＸ）あるいはフェイズ・シフト・キーイング（Ｐ
ＳＫ）変調方式でもよく、とットレートも任意で良いこ
とは明らかである。

さらに、方向性結合器６としては、光分波器を用いるこ
ともできるし、その性能を有する限り実施例に限られな
い、さらにまた、受光器８としては、他の材料のＡＰＤ
、フォトダイオード、光電子増倍管などの使用が可能で
あるし、光ファイバ５は分散シフトファイバをはじめと
して、Ｇｅ０ｚやＰ２Ｏ，などの他の組成の光ファイバ
を使用してもよいことは言うまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明による光へテロダイン検波
方法および装置では一信号光と、この信号光とは逆方向
に光ファイバを伝搬する励起光によって光ファイバ中で
発生した誘導ブリユアン散乱光とを合波して、光へテロ
ダイン検波のためのビート信号を得ている。この結果、
本発明では、偏光制御が不要となり、構成が簡単で、か
つ長時間に渡って安定に動作するとともに信頼性の高い
光ヘテロダイン検波を実現できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ヘテロダイン検波装置の一実施例を
示す構成図、第２図はこの実施例における励起光、信号
光および誘導ブリユアン散乱光間の周波数の関係を示す
図である。 １・・・信号光源、２１・・・外部変調器、２２・・・
電気信号入力端子、３１．３２・・・光アイソレータ、
４１．４２・・・レンズ、５・・・光ファイバ、６・・
・方向性結合器、７・・・励起光源、８・・・受光器、
９１・・・復調回路、９２・・・電気信号出力端子。 ■ρ−屑〃気だめ用】廣較 ■ｂ　：　νに縁１フ゛１ニア′ノ貧ズ舌し九σ）ｉ；
皮岩之ｖ５゛化号九のＪｆ１波数 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、信号光と逆方向に伝搬する励起光によつて光伝送路
   内で発生する後方誘導ブリユアン散乱光と前記信号光と
   の差周波成分から情報信号を取り出すことを特徴とする
   光ヘテロダイン検波方法。 ２、信号光を伝送する光ファイバと、励起光を出射する
   励起光源と、前記励起光を前記信号光と逆方向に伝搬す
   るように前記光ファイバに入射させる光入射手段と、前
   記励起光によって前記光ファイバ中に発生する後方誘導
   ブリユアン散乱光と前記信号光とを同時に受光する光検
   出器とを備えていることを特徴とする光ヘテロダイン検
   波装置。